DE102008024623A1

DE102008024623A1 - Rotationsdämpfer mit Feststoff

Info

Publication number: DE102008024623A1
Application number: DE102008024623A
Authority: DE
Original assignee: Suspa Holding GmbH
Current assignee: Suspa GmbH
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2009-11-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotationsdämpfer, insbesondere für ein Rückhaltesystem in einem Kraftfahrzeug. Die Erzeugung des Drehmomentes für die Dämpfung der Drehbewegung beruht auf der Zerstörung der Materialstruktur eines Feststoffes in einem Arbeitsraum durch geeignete Elemente.

Description

Technisches Umfeld
Die Erfindung betrifft einen Drehdämpfer, insbesondere zur Dämpfung der Drehbewegung einer Gurtwelle in einem Sicherheitsgurt-Aufroller für Kraftfahrzeuge. Ziel dieser Rückhaltesysteme ist es, durch einen genau definierten Drehmomentverlauf nach einem Unfall, das Verletzungsrisiko zu minimieren. In der vorgeschlagenen Erfindung soll anstatt der derzeit häufig verwendeten Systeme, die auf Tortierung einer metallischen Welle basieren, ein mit einem Feststoff gefüllter Rotationsdämpfer verwendet werden. Durch die Verwendung von Feststoffen kann eine vorteilhafte Charakteristik erreicht werden.
Die auf Tortierung einer Welle basierenden Lösungen haben den Nachteilig, dass die Charakteristik des Drehmomentverlaufes fest bleibt. Das unterschiedliche Körpergewicht und die Unfallschwere erfordern jedoch eine adaptive Anpassung, um Verletzungsrisiko zu minimieren. Um eine Verbesserung zu erreichen, sind Systeme bekannt, die über entsprechende Sitzbelegungs- und Crashsensoren gesteuert werden. Diese Systeme sind allerdings sehr aufwändig und teuer. Ziel der vorgeschlagenen Lösung ist es, einen Drehdämpfer so zu konzipieren, dass sich die Drehmomentcharakteristik selbsttätig an Körpergewicht und Unfallschwere anpasst ohne hierfür zusätzliche Sensorik, Elektronik und Aktuatorik zu benötigen. Aus der Fluidmechanik ist bekannt, dass Dämpfer mit geschwindigkeitsabhängiger Kennlinie darstellbar sind. Nachteilig ist allerdings das niedrige Anfangsdrehmoment bei kleinen Geschwindigkeiten.
Aus der DE 10 2006 003 353 353 A1 ist ein Kraftbegrenzungssystem für ein Sicherheitsgurtsystem bekannt, dass zur Anpassung an die Unfallschwere die Gurtauszugsgeschwindigkeit nutzt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Anpassung diskontinuierlich erfolgt; dieses Verfahren kann rel. einfach angewendet werden, wenn nur zwei Kraftstufen eingestellt werden sollen. Aus der DE 101 13 502 A1 ist ein auf fluidischer Dämpfung beruhender Drehdämpfer beschrieben. Aufgrund der im Wesentlichen scheibenförmigen Anordnung wird das Drehmoment hauptsächlich durch Reibung des Dämpfungsmediums während der relativen Verdrehung Rotor gegenüber Gehäuse erzeugt. Bei derartigen Funktionsprinzipien ist nachteilig, dass das Anfangsdrehmoment niedrig ist, da die Gurtauszugskraft eine Funktion der Geschwindigkeit ist.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Drehdämpfer zu schaffen, der im unmittelbar nach dem Rückhaltefall ein hohes Drehmoment erreicht. Gleichzeitig ist ein Rotationsdämpfer zu schaffen, der in den Bauraum einer Gurtaufrollvorrichtung integriert werden kann.
Technische Lösung
Wie bereits dargestellt, zeigen mit Fluid gefüllte Rotationsdämpfer eine ausgeprägte Geschwindigkeitsabhängigkeit. Unmittelbar nach einem Rückhaltefall, wenn also der Insasse nach einem schweren Unfall in den Gurt fällt, ist die angsge-Anfschwindigkeit des Gurtbandes 0; bzw. dreht sich die Gurtrolle nicht. Auf Fluide basierende Drehdämpfer haben deshalb ein geringes Anfangsmoment.
Es wird deshalb vorgeschlagen, den Arbeitsraum mit einem Feststoff zu füllen. Der Feststoff geht mit den umgebenden Bauteilen vorteilhaft eine adhäsive Verbindung ein und weist eine hohe Plastizität auf. Der sich im Gehäuse befindliche Rotor ist im Ausgangszustand damit quasi fest mit dem Gehäuse verbunden. Nach einer definierten Drehung wird der Feststoff vom Rotor zerstört; im Arbeitsraum bilden sich Einzelpartikel aus. Je nach Ausführung des Rotors ist der Winkel bis zur vollständigen Zerstörung des Feststoffes einstellbar. Bei der weiteren Verdrehung wird das Dämpfmoment durch die Partikelreibung am Rotor erzeugt.
Kurze Beschreibung von Zeichnungen
1 Schnittansicht eines Rotationsdämpfers im Ausgangszustand
2 Ansicht Rotor mit 2 Elementen
3 Kennlinie Drehmoment über Drehwinkel
Die beste Art und Weise, die Erfindung auszunutzen
In 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt. Der Rotationsdämpfer 1 besteht aus einer Welle 2 mit einer Drehverbindung 3, über die das Drehmoment nach einem Rückhaltefall von der Gurtaufrolleinheit eingeleitet wird (nicht gezeichnet). Das eingeleitete Drehmoment ist mit dem Pfeil M1 dargestellt. Die Welle 3 ist in dem Gehäuse 4 drehbar gelagert. Der Arbeitsraum 5 ist mit einem Feststoff 8 gefüllt. Zur einfachen Herstellung eignen sich Materialien, die gießbar sind und dann erstarren. Insbesondere Harze, Polymere, Silikone und dergl. zeigen ein solches Verhalten und weisen darüber hinaus eine hohe Plastizität auf. Die Welle 3 hat an dem sich im Arbeitsraum befindlichen Ende eine Nabe 6. In der Nabe 6 ist mindest ein sich radial in den Arbeitsraum erstreckendes Element 7 angebracht. In der dargestellten Ausführung werden zylindrische Stifte verwendet, da diese einfach herzustellen sind. Prinzipiell können die Elemente 7 beliebig geformt sein. Wird die Nabe 6 mit einem Radius R ausgeführt, der den Arbeitsraum weitgehenst füllt, entfallen diese Elemente 7; gleiches gilt, wenn ein Element 7 sich über 360 Grad um die Nabe erstreckt. Die Ausführung Scheibe ist deshalb ein Sonderfall für ein Element 7. Das Gehäuse 4 ist durch die Gurtaufrolleinheit in allen Freiheitsgraden fixiert (nicht dargestellt). Die Plastizität des den Arbeitsraum 5 füllenden Feststoffes 8 ist wesentlich größer, als die für das Gehäuse 4, die Welle 2, die Nabe 6 und das mindest eine Element 7 verwendeten Werkstoffe.
Überschreitet nach einem Rückhaltefall die Gurtauszugskraft eine Kraftschwelle, wird ein Drehmoment M1 in die Drehverbindung 3 eingeleitet und versetzt die Welle 2 in eine Drehbewegung um dessen Mittelachse. Aufgrund des komplett mit dem Feststoff 8 gefüllten Arbeitsraumes 5 wird der Feststoff 8 plastisch verformt. Dadurch steigt das Gegenmoment sehr schnell an. Wird die Plastizitätsgrenze des Feststoffes 8 überschritten, zerfällt dieser in einzelne Partikel. Aufgrund des vorgegebenen Arbeitsraumes liegen die Partikel fest aneinander.
In 2 ist eine Nabe 6 mit 2 Elementen 7 dargestellt. Wird die Welle 2 gedreht, wird im Bereich der Stirnfläche der Nabe 6 der Feststoff die Plastizitätsgrenze schnell erreichen und über die gesamte Fläche zerstört; während im Bereich der Elemente 7 erst nach einer halben Umdrehung der Feststoff komplett zerstört wird.
In 3 ist ein Diagramm dargestellt, aus dem der Drehmomentverlauf für eine in 2 dargestellte Nabe 6 mit zwei Elementen 7 hervorgeht. Im Drehwinkelbereich alpha 1 wird der Feststoff 8 plastisch verformt, bis die Plastizitätsgrenze überschritten ist. Das Drehmoment ist im Wesentlichen proportional zur Elastizität des Feststoffes 8. Im Bereich alpha 2 – bei zwei Elementen ist alpha 2 ca. 180° abzüglich der Abmessung D der Elemente 7 – wird im Bereich der Elemente 7 Feststoff zerstört; im Bereich R der Nabe 6 zum Gehäuse 4 tritt Partikelreibung auf und erzeugt dadurch ein Gegenmoment. Das Gegenmoment zur Zerstörung der Struktur des Feststoffes 8 ist größer als das aus der Reibung an Partikeln entstehende Reibmoment. Das Drehmoment aus der Partikelreibung nimmt mit dem Drehwinkel ab, da je nach Spaltgeometrie die Partikel weiter verändert werden. Im Drehwinkelbereich alpha 2 ergibt sich deshalb ein abfallendes Drehmoment. Nach weiter Drehung über einen Drehwinkel von 180 Grad sind sowohl die Nabenfläche, als auch die Elemente 7 von Partikeln des zerstörten Feststoffes 8 umgeben. Es wird nur noch ein aus der Partikelreibung sich ergebendes Gegenmoment erzeugt. Bei weiterer Drehung sinkt dann Drehmoment nur noch geringfügig ab. Der oben beschreiben Sonderfall, dass sich ein Element um 180 Grad um die Nabe 6 erstreckt (und damit quasi eine Scheibe darstellt), führt dazu, dass alpha 2 sehr klein wird.

1: Rotationsdämpfer
2: Welle
3: Drehverbindung
4: Gehäuse
5: Arbeitsraum
6: Nabe
7: Elemente
8: Feststoff
9: Rotor, bestehend aus 2, 3, 6, 7

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 003353353 A1 [0003]
- DE 10113502 A1 [0003]

Claims

Rotationsdämpfer, insbesondere zur Dämpfung der Drehbewegung einer Gurtaufrollereinheit, mit einem Gehäuse 4 das zumindest teilweise eine mit einem Feststoff 8 gefüllte Arbeitskammer 5 bildet und einem relativ zum Gehäuse verdrehbaren Rotor 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer 5 mit einem festen Material 8 zumindest teilweise gefüllt ist und in der Ausgangslage eine formschlüssige Verbindung zwischen der Nabe 6, dem mindestens einem Element 7, dem Gehäuse 4 und dem festen Material 8 besteht. Rotationsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer relativen Verdrehung des Rotors 9 gegen das Gehäuse 4 durch die Nabe 6, bzw. dem mindestens einem Element 7 der Feststoff 8 plastisch verformt wird und bei weiterer Drehung des Rotors 9 die Struktur des Feststoffes 8 zerstört wird. Rotationsdämpfer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff 8 im Ausgangszustand durch Adhäsionskräfte am Gehäuse 4, der Nabe 6 und dem mindestens einem Element 7 haftet. Rotationsdämpfer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anzahl der Elemente 7 und die Geometrie des mindestens einen Elementes 7 der Winkel alpha 2 gesteuert werden kann. Rotationsdämpfer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff 8 im Arbeitsraum 5 aus unterschiedlichen Materialien besteht.